KR101212030B1 - 자성을 이용하는 세포분리장치 및 이를 이용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자성을 이용하는 세포분리장치에 관한 것이며, 본 발명의 자성을 이용하는 세포분리장치는 상부기판, 강자성 입자와 고분자 수지가 혼합된 혼합액을 경화하여 제작되며 상기 상부기판의 하측에서 결합함으로써 상자성(常磁性) 또는 반자성(反磁性) 중 적어도 하나의 성질을 가지는 복수개의 세포를 포함하는 세포액이 투입되는 유동로를 형성하는 하부기판을 구비하는 분리채널부; 상기 세포액 내의 세포가 상기 유동로 내를 유동하며 자성에 의하여 높이별로 분리되도록 상기 유동로의 내부로 자기장을 발생시키는 자기장 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 자성을 이용하여 세포를 용이하게 분리할 수 있는 자성을 이용하는 세포분리장치 및 이를 이용하는 방법이 제공된다.

Description

자성을 이용하는 세포분리장치 및 이를 이용하는 방법{APPARATUS FOR SEPARATING CELLS USING MAGNETIC FORCE AND METHOD FOR SEPARATING CELLS USING THE SAME}
본 발명은 자성을 이용하는 세포분리장치 및 이를 이용하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자성을 이용하여 세포를 용이하게 분리할 수 있는 자성을 이용하는 세포분리장치 및 이를 이용하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 생화학 시료는 이종 이상의 물질이 혼재되어 존재하기 때문에 원하는 성분만을 분석하거나, 혼합물에서 특정 성분만을 정제하기 위한 분리 기술은 시료의 전처리 과정에서 매우 중요하다. 특히, 미세 유로, 혼합기, 펌프, 벨브 등을 단일 칩에 집적화하여 소량의 시료를 고속, 고효율로 처리하고자 하는 개념인 랩온어칩(Lab-on-a-chip)에서도 정제 및 분리와 같은 시료 준비 과정은 하위 분석 과정에 앞서 선행되어야 할 핵심 기술이다.
또한, 생물학 또는 의학적 분석에 있어 중요한 세포에 기반한 임상진단(Cell-based diagnostics)은 혈액 분석, 세포 연구, 미생물 분석, 그리고 조직 이식으로 이루어진다. 최근 세포 연구 및 세포 분석, 그리고 단백질과 DNA 분석 기술 발전에 의하여 이러한임상 진단 절차를 미세유체소자(Microfluidic Device)의 형태로 단일화, 집적화하려는 연구가 선행되고 있다.
그러나, 기존의 미세유체채널 등을 이용한 세포분리 방법 및 장치의 경우에는 세포분리 성능이 기대에 미치지 못하여 실질적으로 이용되기에 어려움이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 자성을 이용하여 세포를 분리할 수 있는 자성을 이용하는 세포분리장치 및 이를 이용하는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 상부기판, 강자성 입자와 고분자 수지가 혼합된 혼합액을 경화하여 제작되며 상기 상부기판의 하측에서 결합함으로써 상자성(常磁性) 또는 반자성(反磁性) 중 적어도 하나의 성질을 가지는 복수개의 세포를 포함하는 세포액이 투입되는 유동로를 형성하는 하부기판을 구비하는 분리채널부; 상기 세포액 내의 세포가 상기 유동로 내를 유동하며 자성에 의하여 높이별로 분리되도록 상기 유동로의 내부로 자기장을 발생시키는 자기장 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 분리채널부는 상부기판; 강자성 입자와 고분자 수지가 혼합된 혼합액이 경화되어 상기 상부기판의 하측에서 결합함으로써 유동로를 형성하는 하부기판;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장의 구배가 증가되도록 상기 유동로에는 상기 세포액의 유동방향을 따라서 복수개의 돌출부와 상기 돌출부 사이의 함몰부가 반복적으로 형성되는 미세 구조물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 세포액의 유동방향을 따라 상기 돌출부와 상기 함몰부의 길이는 서로 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 돌출부는 상기 세포액의 유동방향과 경사를 형성하며 기울어지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 세포가 분리된 후에 재혼합이 방지되도록 상기 유동로에는 버퍼액이 유입될 수 있다.
또한, 상기 분리채널부의 단부에는 상기 유동로와 연통되며, 상하로 분리되는 한 쌍의 유입구가 형성되며, 상기 세포액 또는 상기 버퍼액는 상기 한 쌍의 유입구 중 어느 하나를 통하여 상기 유동로로 유입될 수 있다.
또한, 상측의 유입구를 통하여 적혈구와 백혈구를 포함하는 세포액이 투입되고, 하측의 유입구를 통하여 상기 버퍼액이 투입될 수 있다.
또한, 상측의 유입구를 통하여 버퍼액이 투입되고, 하측의 유입구를 통하여 적혈구와 암세포를 포함하는 세포액이 투입될 수 있다.
또한, 상기 유동로 내에서 상기 세포액의 유동속도를 조절하여 분리되는 세포 간의 높이 차이를 제어할 수 있다.
또한, 상기 자기장 제어부는 전자석으로 구성되어 인가되는 전류를 제어하여 자기장의 세기를 조절할 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 유동로 내로 세포액을 투입하는 세포액 투입단계; 상기 유동로 내를 유동하는 세포액에 포함되는 복수개의 세포가 자기장에 의하여 높이별로 분리되도록 자기장을 발생시키는 자기장 발생단계; 상기 분리된 세포를 배출하는 분리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 세포액 투입단계 이후에 상기 유동로 내로 버퍼액을 투입하는 버퍼액 투입단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 세포액 투입단계에서 적혈구와 백혈구를 포함하는 세포액을 상기 유동로의 상측에 투입하며, 상기 버퍼액 투입단계에서는 상기 버퍼액을 상기 유동로의 하측에 투입할 수 있다.
또한, 상기 세포액 투입단계에서 암세포와 백혈구를 포함하는 세포액을 상기 유동로의 하측에 투입하며, 상기 버퍼액 투입단계에서는 상기 버퍼액을 상기 유동로의 상측에 투입할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자성을 이용하여 세포를 용이하게 분리할 수 있는 자성을 이용하는 세포분리장치가 제공된다.
또한, 분리채널부에 강자성 입자가 포함되도록 함으로써 용이하게 자기장을 발생시킬 수 있다.
또한, 유동로 내에 버퍼액을 투입하여 유동로 내에서 분리된 세포가 다시 혼합되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 유동로 내에 돌출부를 형성하여 발생하는 자기장의 구배를 강화함으로써 세포 분리 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 유동로 내에 형성되는 돌출부와 함몰부의 길이를 조절하여 자기장에 의하여 세포에 가해지는 힘을 더욱 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치의 개략적인 사시도이고,
도 2는 도 1의 자성을 이용하는 세포분리장치의 개략적인 분해 사시도이고,
도 3은 도 1의 자성을 이용하는 세포분라장치를 이용하여 백혈구와 적혈구를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하여 백혈구와 적혈구를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하여 백혈구와 암세포를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치의 개략적인 분해 사시도이고,
도 7은 도 6의 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하여 백혈구와 적혈구를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하여 백혈구와 적혈구를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(100)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 자성을 이용하는 세포분리장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(100)는 강자성 입자(P)와 자기장 제어부와의 작용을 통하여 자기장을 발생시킴으로써, 자기장으로부터 세포에 가해지는 힘을 이용하여 세포를 분리하는 장치에 관한 것으로서, 분리채널부(110)와 자기장 제어부(120)를 포함한다.
상기 분리채널부(110)는 분리 대상이 되는 세포를 포함하는 세포액을 유동시킴으로써 세포를 분리하기 위한 유동로(113)를 형성하는 부재로서, 상부기판(111)과 하부기판(112)을 포함한다.
상기 상부기판(111)은 후술하는 하부기판(112)과 접합되어 세포액을 유동하기 위한 유동로(113)를 형성하는 것으로서, 평판 형태로 하면이 내측으로 함몰되는 영역이 형성된다.
본 실시예에서 상부기판(111)의 재질으로는 폴리디메틸실록산(PDMS:PolyDimethylSiloxane), 폴리테트라플루로에틸린(PTFE:polytetrafluroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA:PolyMethylMethcrylate), 사이클로올레핀공중합체(COC:Cyclic Olefin Copolymer) 등이 이용될 수 있으나, 일반적인 고분자 물질이라면 제한되지 않고 이용될 수 있다.
상기 하부기판(112)은 상부기판(111)과 하방에서 결합되는 것으로서, 평판 형태로 상면에 내측으로 함몰되는 영역이 형성된다.
한편, 하부기판(112)의 내부에 강자성 입자(P) 들이 균일하게 분산되도록, 하부기판(112)은 고분자 수지와 강자성 입자(P)가 혼합된 혼합액을 경화하여 성형, 제작되는 것이 바람직하다.
하부기판(112)의 소재로 사용되는 고분자 수지로는 상술한 상부기판(111)과 동일한 것이 이용될 수 있으며, 강자성 입자(P)로는 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe) 등의 나노 또는 마이크로 입자 등이 이용될 수 있다.
따라서, 상부기판(111)과 하부기판(112) 간의 상호 결합으로 제작되는 분리채널부(110)는 내부에 유동로(113)가 형성되고, 전단부에는 분리채널부(110)와 연통하여 세포액이 유입되기 위한 통로인 유입구(114)가 마련되고, 후단부의 상측에는 세포액 내부에서 상측에서 분리되어 유동하는 세포를 외부로 배출하기 위한 제1유출구(115a)가 마련되고, 후단부의 하측에는 하측에서 유동하는 세포를 배출하기 위한 제2유출구(115b)가 마련된다.
즉, 분리채널부(110)의 전단부에는 세포액이 투입되기 위한 유입구(114)가 마련되고, 분리채널부(110)의 후단부에는 유동로(113) 내에서 자기장에 의하여 상측으로 이동하는 세포를 배출시키기 위한 제1유출구(115a) 및 제1유출구(115a)의 하단에 제2유출구(115)가 형성된다.
상기 자기장 제어부(120)는 분리채널부(110)의 하방에 마련되어 하부기판(112)의 강자성 입자(P)와 작동하여 유동로(113)의 내부로 자기장을 발생시키는 부재로서, 본 실시예에서는 자성의 세기 및 작동을 제어 가능하도록 전자석의 형태로 마련되어 인가되는 전류량을 조절하여 전체적인 자기장의 세기를 조절할 수 있으나, 자기장 제어부(120)의 형태가 이에 제한되는 것은 아니고 영구자석의 형태로 마련될 수도 있다.
지금부터는 상술한 자성을 이용하는 세포분리장치의 제1실시예를 이용한 세포분리방법에 대하여 설명한다.
1. 적혈구와 백혈구의 분리
도 3은 도 1의 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하여 백혈구와 적혈구를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 먼저, 본 실시예의 자성을 이용하는 세포분리장치(100)에서 분리대상이 되는 세포액 내에 백혈구(10)와 적혈구(20)를 분리하는 것으로 설명한다.
먼저, 세포액을 유입구(114)를 통하여 유동로(113) 내로 주입하면, 세포액은 유동로(113)를 통하여 유동한다. 이와 동시에, 자기장 제어부(120)를 작동시켜 하부기판(112) 내에 균일하게 분산된 강자성 입자(P)와 함께 유동로(113) 내에 자기장이 발생하도록 한다.
유동로(113) 내에 발생하는 자기장에 의하여 상자성(常磁性) 입자인 적혈구(20)는 하부기판(112) 측으로 이동하여 유동하고, 반자성(反磁性) 입자인 백혈구(10)는 상부기판(111) 측으로 이동한다.
즉, 다시 설명하면, 백혈구(10)는 자기장에 의하여 자화되어 하부기판(112) 측으로 이동한 상태에서 유동로(113) 내를 유동하고, 상자성인 적혈구(20)는 유동로(113) 내에서 흐르는 동안 유동로(113)의 하부에서 상부 방향으로 형성되는 자기장에 의하여 유동로(113)의 하부 쪽으로 이동하게 된다.
세포액의 지속적인 유동과 함께 유동로(113) 상부의 백혈구(10)는 제1유출구(115a)를 통하여 수집되어 외부로 배출되고, 상대적으로 유동로(113)의 하부에서 유동하는 적혈구(20)는 제2유출구(115b)를 통하여 수집되어 외부로 배출됨으로써, 적혈구(20)와 백혈구(10)를 최종 분리할 수 있다.
2. 암세포와 백혈구의 분리
본 실시예를 이용하여 세포액 내에 동일한 반자성(反磁性)을 가지며 포함되는 백혈구(10)와 암세포(30)을 분리하는 방법에 대해서 설명하면, 먼저, 백혈구(10)와 암세포(30)를 포함하는 세포액을 유동로에 유동시킨다.
이와 동시에, 하부기판(112) 내의 강자성 입자(P) 및 자기장 제어부(120)를 이용하여 유동로(113) 내에 자기장을 발생시킨다.
Figure 112012034662165-pat00001
(단, Fcell:세포에 가해지는 힘, Vcell:세포의 부피, ▽|B|:자기장의 구배, Δχ:세포와 세포액의 자화율의 차이,μ0:진공에서의 투자율)
상기 수학식 1에서와 같이, 자기장에 의하여 세포에 가해지는 힘(Fcell)은 세포의 부피(Vcell)에 비례하는 것이며, 일반적으로 18μm 내외 직경으로 상대적으로 부피가 큰 암세포(CTC:Circulating Tumor Cells)(30)는 자기장에 의하여 10μm 내외 직경으로 상대적으로 부피가 작은 백혈구(10)보다 하부기판(112)으로부터 더 많은 양 상측으로 밀려나고, 암세포(30)는 상부기판(111) 측으로 이동하여 유동로(113) 내를 유동하고, 백혈구(10)는 하부기판(112) 측으로 인접한 상태에서 유동하게 된다.
따라서, 제1유출구(115a)를 통하여는 암세포(30)를 수집 및 분리하고, 제2유출구(115b)를 통하여는 백혈구(10)를 수집 및 분리할 수 있다.
한편, 본 경우와 같이 동일한 반자성의 성질을 갖는 복수개의 세포를 분리하는 경우에는 분리채널부(110)의 길이를 길게 하거나, 유동로 내에서 세포액의 유동속도를 조절함으로써, 유출구에 도달하는 이종(異種) 세포 간의 간격을 더욱 크게 할 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(200)에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하여 백혈구와 적혈구를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(200)는 분리채널부(110)와 자기장 제어부(120)를 포함한다. 본 실시예의 자기장 제어부(120)는 제1실시예의 구성과 동일한 것이므로 중복 설명은 생략한다.
상기 분리채널부(110)는 제1실시예와 동일한 형태로 상부기판(111)과 하부기판(112)을 포함한다. 다만, 본 실시예의 분리채널부(110)의 전단부의 상측에는 제1유입구(214a)가 형성되고, 하측에는 제2유입구(214b)가 형성된다.
이하, 본 실시예의 자성을 이용하는 세포분리장치(200)를 이용한 세포분리방법에 대해서 후술한다.
본 실시예의 경우에는 제1실시예와는 달리 분리대상이 되는 세포액과 버퍼액(40)을 유동로(113) 내로 동시에 유입시킴으로써 세포 분리 성능을 향상시키는 것으로, 이하, 세포액 내에 분리 대상 세포가 백혈구(10), 적혈구(20)인 경우와 백혈구(10), 암세포(30) 경우에 대해서 각각 설명한다.
1. 적혈구와 백혈구의 분리
먼저, 도 4를 참조하면, 백혈구(10)와 적혈구(20)가 포함되는 세포액을 상대적으로 상측에 배치되는 유입구인 제1유입구(214a)를 통하여 유동로(113) 내로 유동시킨다.
세포액의 유입과 동시에, 버퍼액(40)을 제1유입구(214a)보다 하측의 제2유입구(214b)를 통하여 유동로(113) 내로 유동시킨다. 본 실시예에서 이용되는 버퍼액(40)으로는 포스페이트 버퍼 실레인(PBS:Phosphate Buffer Silane)이 이용되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 동시에, 자기장 제어부(120)를 작동시켜 유동로(113) 내에 자기장을 발생시키면, 반자성인 백혈구(10)는 유동로(113) 내에서 유동하는 동안 상부기판(111) 측으로 형성되는 자기장에 의하여 하부기판(112)으로부터 밀려나 유동로(113)의 상측에 인접한 상태에서 유동하고, 상자성인 적혈구(20)는 자기장에 의하여 하부기판(112) 측으로 이동하여 하측의 버퍼액(40)을 투과함으로써 유동로(113)의 하부의 하부기판(112)과 인접한 상태에서 유동하게 된다.
따라서, 제2유입구(214a)를 통하여 별도로 주입된 버퍼액(40)은 유동로(113) 내에서 분리된 상태에서 유동하는 백혈구(10)와 적혈구(20)의 사이 공간에서 유동하므로, 일단 간격이 벌어진 상태에서 유동하는 백혈구(10)와 적혈구(20)가 확산 또는 무작위의 유동으로 재혼합되는 것을 방지하고, 세포 분리의 정확도 및 성능을 향상시킬 수 있다.
2. 암세포와 백혈구의 분리
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(200)를 이용하여 백혈구(10)와 암세포(30)를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 세포액 내에 포함되는 반자성의 암세포(30)와 반자성의 백혈구(10)를 분리하는 경우에는 세포액을 하측의 제2유입구(214b)를 통하여 유입시켜 유동로(113) 내를 유동하도록 한다.
세포액의 유입과 동시에, 버퍼액(40)을 제2유입구(214b)보다 상측의 제1유입구(214a)를 통하여 유동로(113) 내로 유동시킨다.
이와 동시에, 자기장 제어부(120)를 작동시켜 유동로(113) 내에 자기장을 발생시키면, 상대적으로 큰 부피를 가지는 암세포(30)는 작은 부피의 백혈구(10)보다 자기장의 영향을 더 많이 받고 상부기판(111) 측으로 크게 밀려난다. 이때, 암세포(30)는 제1유입구(214a)를 통하여 투입된 버퍼액(40)을 투과하여 버퍼액의 상측, 즉, 상부기판(111)과 인접한 위치에서 유동하게 된다.
제1유입구(214a)를 통하여 별도로 주입된 버퍼액(40)은 유동로(113) 내에서 서로 이격된 상태에서 유동하는 암세포(30)와 백혈구(10) 사이의 공간에서 유동하므로, 일단 분리된 상태의 암세포(30)와 백혈구(10)가 확산 또는 무작위의 유동으로 혼합되는 것을 방지하고, 분리의 정확도 및 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서 버퍼액과 세포액을 유입시키는 위치는 상술한 내용에 제한되지 않고, 버퍼액의 종류, 분리되는 세포의 종류 및 크기 등을 종합적으로 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명의 제3실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(300)에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치의 개략적인 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(300)는 분리채널부(110)와 자기장 제어부(120)를 포함한다. 본 실시예의 자기장 제어부(120)는 제1실시예의 구성과 동일한 것이므로 중복 설명은 생략한다.
상기 분리채널부(110)는 상부기판(111)과 하부기판(112)을 포함하며, 상부기판(111)은 제1실시예에서 설명한 구성과 동일하므로 중복설명은 생략한다.
상기 하부기판(112)은 상부기판(111)과 하방에서 결합되는 것으로서, 상면에 내측으로 함몰되는 영역이 형성되며, 하부기판(112)의 내부에 강자성 입자(P) 들이 균일하게 분산되도록, 하부기판(112)은 고분자 수지와 강자성 입자(P)가 혼합된 혼합액을 경화하여 제작된다.
한편, 하부기판(112)의 함몰영역, 즉, 상부기판(111)과 결합하여 유동로(113)를 형성하는 하부기판(112)의 상면 영역에는 세포액의 유동방향을 따라서 복수개의 돌출부(316)와 복수개의 함몰부(317)가 상호 교대로 반복 형성된다.
상기 돌출부(316)는 복수개가 하부기판(112)의 상측으로 돌출되고, 이웃하는 돌출부(316)의 사이에는 후술하는 돌출부(316)의 높이보다 상대적으로 함몰되는 함몰부(317)가 형성되며, 세포액의 유동방향을 따라 자른 단면의 형상이 사각형의 형태로 구성된다.
상기 함몰부(317)는 돌출부(316)로부터 상대적으로 함몰되는 영역으로서, 상호 이격되며 이웃하는 돌출부(317) 들의 사이에 형성된다.
본 실시예에서 돌출부(316)와 함몰부(317)는 하부기판(112)과 일체형으로 성형되는 것으로서, 고분자 수지와 강자성 입자(P)의 혼합액을 소재로 성형함으로써 제작된다. 다만, 다른 변형례에서는, 하부기판(112)과 돌출부(316)를 별도로 마련하여 결합하는 공정을 통하여 제작할 수도 있다.
한편, 자기장 제어부(120)에 의하여 유동로(113) 내에 발생하는 자기장의 구배는 돌출부(316) 및 함몰부(317)의 형상, 길이, 크기 등에 따라서 달라지는 것이므로, 돌출부(316)와 함몰부(317)의 규격은 상술한 내용을 종합적으로 고려하여 결정한다.
이하, 본 실시예의 자성을 이용하는 세포분리장치(300)를 이용한 세포분리방법에 대하여 분리 대상 세포가 백혈구(10)와 적혈구(20)인 경우를 예를 들어 후술한다.
도 7은 도 6의 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하여 백혈구와 적혈구를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 백혈구(10)와 적혈구(20)가 포함되는 세포액을 유입구(114)를 통하여 유동로(113) 내로 유동시킨다.
이와 동시에, 자기장 제어부(120)를 작동시켜 유동로(113) 내에 자기장을 발생시키면, 반자성인 백혈구(10)는 유동로(113) 내에서 유동하는 동안 상부기판(111) 측으로 형성되는 자기장에 의하여 하부기판(112)으로부터 밀려나 유동로(113)의 상측에서 유동하고, 상자성인 적혈구(20)는 자기장에 의하여 하부기판(112) 측으로 이동하여 유동로(113)의 하측, 즉, 하부기판(112)에 인접한 위치에서 유동하게 된다.
한편, 유동로(113) 내에 반복적으로 형성되는 돌출부(316)와 함몰부(317)에 의하여 자기장의 구배(▽|B|2)가 증가하며, 상기 수학식 1에서와 같이 증가된 자기장 구배에 의하여 반자성인 백혈구(10)와 상자성인 적혈구(20)는 더욱 큰 힘을 받아 유동로 내에서 상하측으로 이동하게 된다.
따라서, 돌출부(316) 및 함몰부(317)의 미세 구조물에 의하여 자기장 구배가 증가함으로써 백혈구(10)와 적혈구(20)에 가해지는 힘 역시 증가하고, 이로 인하여 이종(異種)세포 간의 이격거리가 더욱 커지므로 정밀하고 신속한 세포 분리가 가능해진다.
다음으로 본 발명의 제4실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(400)에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하여 백혈구와 적혈구를 분리하는 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제4시시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치(400)는 분리채널부(110)와 자기장 제어부(120)를 포함한다. 본 실시예의 분리채널부(110)와 자기장 제어부(120)는 제3실시예의 구성과 동일한 것이므로 중복 설명은 생략한다.
다만, 본 실시예에서는 돌출부(416)에 의하여 발생하는 자기장 구배로 인한 세포의 상승량이 함몰부(417)에 의하여 발생하는 자기장 구배로 인한 세포의 하강량보다 클 수 있도록 세포액의 유동방향을 따라서 돌출부(416)의 길이(ℓ1)는 함몰부(417)의 길이(ℓ2)보다 길게 마련된다. 본 실시예에서 돌출부(416)의 길이(ℓ1)와 함몰부(417)의 길이(ℓ2)의 비는 1:2로 설정하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 실시예의 자성을 이용하는 세포분리장치(400)를 이용한 세포분리방법에 세포액 내에 분리 대상이 되는 백혈구(10)와 적혈구(20)가 포함되는 경우를 예를 들어 설명한다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 백혈구(10)와 적혈구(20)가 포함되는 세포액을 유입구(114)를 통하여 유동로(113) 내로 유동시킨다.
이와 동시에, 자기장 제어부(120)를 작동시켜 유동로(113) 내에 자기장을 발생시키면, 반자성인 백혈구(10)는 유동로(113) 내에서 흐르는 동안 상부기판(111) 측으로 형성되는 자기장에 의하여 하부기판(112)으로부터 밀려나 유동로(113)의 상측에서 유동하고, 상자성인 적혈구(20)는 자기장에 의하여 하부기판(112) 측으로 이동하여 유동로(113)의 하측에서 유동하게 된다.
한편, 유동로 내에 반복적으로 형성되는 돌출부(416)와 함몰부(417)에 의하여 자기장의 구배가 커지고, 상기 수학식 1에서와 같이 증가된 자기장 구배에 의하여 반자성인 백혈구(10)와 상자성인 적혈구(20)는 더욱 큰 힘을 받아 유동로 내에서 상하측으로 이동하게 된다.
한편, 본 실시예에서 미세 구조물에 의한 세포의 이동을 자세히 설명하면, 백혈구(10)는 돌출부(416) 상측을 통과시에는 돌출부(416)에 의하여 형성되는 자기장 구배의 증가에 의하여 상승하되, 함몰부(417)를 통과하는 경우에 백혈구(10)는 하강하게 된다.
이때, 백혈구(10)는 길이(ℓ1)가 상대적으로 짧게 형성되는 돌출부(416)에 의하여 더욱 큰 힘을 받아 많은 양을 상승하고, 상대적으로 긴 길이(ℓ2)로 형성되는 함몰부(417)에 의하면 작은 힘으로 하강함으로써 돌출부(416)에 의하여 상승한 양보다 적은 양을 하강한다.
따라서, 돌출부(416)의 길이(ℓ1)보다 함몰부(417)의 길이(ℓ2)를 더 길게 형성함으로써 반자성의 백혈구(10)는 함몰부(417)에 의한 하강을 보상하여 많은 양 상승할 수 있으며, 상자성의 적혈구(10)와 큰 간격으로 분리될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명의 제1실시예에 따른 자성을 이용하는 세포분리장치
110 : 분리채널부 111 : 상부기판
112 : 하부기판 113 : 유동로
114 : 유입구 115 : 유출구
120 : 자기장 제어부

Claims (15)

  1. 상부기판, 강자성 입자와 고분자 수지가 혼합된 혼합액을 경화하여 제작되며 상기 상부기판의 하측에서 결합함으로써 상자성(常磁性) 또는 반자성(反磁性) 중 적어도 하나의 성질을 가지는 복수개의 세포를 포함하는 세포액이 투입되는 유동로를 형성하는 하부기판을 구비하는 분리채널부;
    상기 세포액 내의 세포가 상기 유동로 내를 유동하며 자성에 의하여 높이별로 분리되도록 상기 유동로의 내부로 자기장을 발생시키는 자기장 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기장의 구배가 증가되도록 상기 유동로에는 상기 세포액의 유동방향을 따라서 복수개의 돌출부와 상기 돌출부 사이의 함몰부가 반복적으로 형성되는 미세 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 세포액의 유동방향을 따라 상기 돌출부와 상기 함몰부의 길이는 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 세포액의 유동방향과 경사를 형성하며 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세포가 분리된 후에 재혼합이 방지되도록 상기 유동로에는 버퍼액이 유입되는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분리채널부의 단부에는 상기 유동로와 연통되며, 상하로 분리되는 한 쌍의 유입구가 형성되며,
    상기 세포액 또는 상기 버퍼액는 상기 한 쌍의 유입구 중 서로 다른 유입구를 통하여 상기 유동로 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상측의 유입구를 통하여 적혈구와 백혈구를 포함하는 세포액이 투입되고, 하측의 유입구를 통하여 상기 버퍼액이 투입되는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상측의 유입구를 통하여 버퍼액이 투입되고, 하측의 유입구를 통하여 백혈구와 암세포를 포함하는 세포액이 투입되는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유동로 내에서 상기 세포액의 유동속도를 조절하여 분리되는 세포 간의 높이 차이를 제어하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 제어부는 전자석으로 구성되어 인가되는 전류를 제어하여 자기장의 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 자성을 이용하는 세포분리장치를 이용하는 방법에 있어서,
    유동로 내로 세포액을 투입하는 세포액 투입단계;
    상기 유동로 내를 유동하는 세포액에 포함되는 복수개의 세포가 자기장에 의하여 높이별로 분리되도록 자기장을 발생시키는 자기장 발생단계;
    상기 분리된 세포를 배출하는 분리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 세포액 투입단계 이후에 상기 유동로 내로 버퍼액을 투입하는 버퍼액 투입단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 세포액 투입단계에서 적혈구와 백혈구를 포함하는 세포액을 상기 유동로의 상측에 투입하며,
    상기 버퍼액 투입단계에서는 상기 버퍼액을 상기 유동로의 하측에 투입하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 세포액 투입단계에서 암세포와 백혈구를 포함하는 세포액을 상기 유동로의 하측에 투입하며,
    상기 버퍼액 투입단계에서는 상기 버퍼액을 상기 유동로의 상측에 투입하는 것을 특징으로 하는 자성을 이용하는 세포분리방법.
  15. 삭제
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